蛋白質折疊、修飾與降解

蛋白質摺疊漏斗(protein folding funnel)

一條剛合成的蛋白質從核糖體上下來時,是一條軟塌塌、長長的鏈——想像一根剛從袋子裡抽出來的長鞋帶。這根線條不知怎地就得團成一個精確而緊湊的三維形狀,而且要找得很快,常常不到一秒鐘。它怎麼做到不必把所有可能的形狀一個一個都試過去呢?摺疊漏斗就是生物學家用來解釋這件事的圖景。

想像一隻又寬又坑坑窪窪的漏斗:未摺疊的鏈從寬闊的漏斗口出發,而那個唯一正確的(天然)形狀坐落在漏斗的最底部。漏斗壁向下傾斜,是因為當鏈形成有利的接觸——氫鍵、把油膩的疏水側鏈埋藏起來遠離水——它的自由能就降低,從而向底部滑去。這裡沒有唯一固定的台階;一千條不同的鏈可以從漏斗口上一千個不同的點出發,沿不同的路線滾下來,可幾乎全都落到同一個低處。漏斗壁上的坑窪和側谷,就是鏈途中可能停留的、半摺好半卡住的狀態。這正是對萊文塔爾悖論(Levinthal's paradox)的現代回答:鏈並不是在天文數字般多的形狀裡隨機亂找,而是被漏斗引導著一路向下,奔向天然摺疊。

漏斗是描繪能量景觀的一種方式——一張地圖,標出鏈擺成每一種可能形狀時各有多少自由能。它之所以重要,是因為它把摺疊重新理解為有引導的過程,而非靠運氣;也因為那些側谷解釋了出錯的方式:鏈可能陷進一個錯誤的深坑裡(錯誤摺疊的狀態),或與鄰居黏成一團,而到不了底部。漏斗是一個模型和比喻,不是一個能拍照的實物;真實的能量景觀崎嶇不平,連那個天然的底部本身也是一小簇不停抖動的形狀,而非一尊凍住的雕像。

一種叫做胰凝乳蛋白酶抑制劑2的小蛋白質大約在千分之一秒內就摺疊完成。它的不同分子沿漏斗滾下時走的路並不相同——有的先形成結構的這一部分,有的先形成另一部分——但它們最終都到達同一個形狀,正如漏斗圖景所預言的。

起點眾多、路線眾多,底部卻唯一——這正是漏斗概念的精髓。

漏斗並不意味著摺疊總是順暢或必然成功。許多蛋白質,尤其是擁擠細胞中的大蛋白質,會卡在坑窪上,需要輔助蛋白(分子伴侶)才能正確摺疊。

又稱
folding funnelenergy landscape能量景观折叠能量地形